聚丙烯是丙烯加聚反应而成的聚合物。系白色蜡状材料,外观透明而轻。密度为0.89~0.91g/cm3, [1] 易燃,熔点165℃,在155℃左右软化,使用温度范围为-30~140℃ [2] 。在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀,能在高温和氧化作用下分解。聚丙烯广泛应用于服装、毛毯等纤维制品、医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道、化工容器等生产,也用于食品。
由于我国聚丙烯的供需差距较大,近年来,大多数新的大型炼油、乙烯联产项目和煤烯烃项目都配备了聚丙烯装置,因此,未来中国聚丙烯产能将大幅增加。同时,还需要考虑那些小型的落后聚丙烯安装技术,尤其是间歇式小体法装置将被逐步淘汰,估计等到2025年聚丙烯在我国的生产能力将达到更高的水平。随着中国经济快速发展,对各种化工原料的需求不断增加,导致了对聚丙烯的消耗量达到有史以来高水平,因此我国将成为世界上聚丙烯大消费国家。2003年,我国聚丙烯的消耗量已经达到532万吨;2007年率先达到1000万吨;2008年受金融危机影响,略降至1079万吨;目前(2018年),在基础设施投资和国内需求的推动下,增长至1232万吨。
聚丙烯树脂是四大通用型热塑性树脂(聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)之一,以丙烯为原料,乙烯为共聚单体通过聚合反应生产制得。
聚丙烯的生产工艺主要经历了溶剂法、溶液法,液相本体法(含液相气相组合式)和气相法几个发展阶段。世界上用于生产聚丙烯的工艺方法按类别划分主要有以下几大类:溶剂法、溶液法,液相本体法(含液相气相组合式)和气相法。
溶剂法(又称浆液法或泥浆法、淤浆法)是早采用的聚丙烯生产工艺,但由于有脱灰和溶剂回收工序,流程长,较复杂等缺点,随着催化剂研究技术的进步,从八十年代起,溶剂法已趋于停滞状态,逐渐为液相本体法所取代。
采用液相本体法生产聚丙烯,是在反应体系中不加任何其他溶剂,将催化剂直接分散在液相丙烯中进行丙烯液相本体聚合反应。聚合物从液相丙烯中不断析出,以细颗粒状悬浮在液相丙烯中。随着反应时间的增长,聚合物颗粒在液相丙烯中的浓度增高。当丙烯转化率达到一定程度时,经闪蒸回收未聚合的丙烯单体,即得到粉料聚丙烯产品。这是一种比较简单和的聚丙烯工业生产方法。液相本体法工艺代表着八十年代国际上聚丙烯生产的新技术、新水平。
采用液相本体法的典型代表是BASELL公司的Spherizone液相本体法工艺。Spherizone是一种气相循环技术,采用齐格勒-纳塔催化剂,可生产出保持韧性和加工性能同时又具有高结晶度、刚性和更加均一的聚合体。它可在单一反应器中制得高度均一的多单体树脂或双峰均聚物。Spherizone循环反应有二个互通的区域,不同的区域起到由其它工艺的气相和液相环管反应器所起的作用。这两个区域能产生具有不同相对分子质量或单体组成分布的树脂,扩大了聚丙烯的性能范围。
该工艺的核心设备为MZCR(多区循环反应器系统)反应器R230系统。该反应器由提升管和下降管两部分组成。在提升管内聚合物通过反应气体向上吹,形成流化,并送入下降管的上部经过旋风分离器后,粉料在收集在下降管内。反应气体由离心式压缩机通过外部的管线循环,反应热依靠在外部循环管线上的循环器冷却器来移出。反应器产品通过安装在下降管下部的阀门排出。排出的粉料经过高压和低压脱气后,在生产均聚物和无规共聚物时,直接进行汽蒸和干燥,得到粉料产品。生产抗冲产品时,经过高压脱气后的粉料排入气相流化床反应器。该反应器仍采用Spheripol II气相反应器系统。共聚反应器为立式圆筒式容器,上、下为球形封头,下部为沸腾床,主体材料为不锈钢,内表面抛光。